十年高考(2010-2019年)之高三物理真题精选分类汇编专题18-原子物理(解析版)

专题18 、原子物理（2010-2019）题型一、光电效应1.（2019北京）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。

表中给出了6次实验的结果。

由表中数据得出的论断中不正确的是（ ） A. 两组实验采用了不同频率的入射光 B. 两组实验所用的金属板材质不同C. 若入射光子的能量为5.0 eV ，逸出光电子的最大动能为1.9 eVD. 若入射光子的能量为5.0 eV ，相对光强越强，光电流越大 【答案】B【解析】：本题可以结合爱因斯坦光电效应方程比较比较两次实验时的逸出功和光电流与光强的关系来处理，表格显示两组中入射光的能量不同，结合公式υh E =可知，由题表格中数据可知，两组实验所用的入射光的能量不同，故入射光的频率不同，由公式0W h E k -=υ可知，k E h W -=υ0代入相关参数得eV W 1.30=,说明两种材料的逸出功相等，故B 选项错误，结合爱因斯坦光电效应方程：0W h E k -=υ，当eV h E 5.0==υ时，代入eV W 1.30=时，得eV E K 9.1=,故C 选项正确，由图表可知增大入射光的光强，光电流增大故D 选项正确。

2.如图为a 、b 、c 三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。

由a 、b 、c 组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（ ）【答案】：C【解析】由光电效应的方程k E hv W =-，动能定理k eU E =，两式联立可得hv WU e e=-，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率b c a v v v >>，则可知三种光的折射率的关系为b c a n n n >>，因此光穿过三棱镜时b 光偏折最大，c 光次之，a 光最小，故选C ，ABD 错误。

3.（2018全国2）用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28⨯10-19 J 。

已知普朗克常量为6.63⨯10-34 J·s ，真空中的光速为3.00⨯108 m·s -1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）A ．1⨯1014 HzB ．8⨯1014 HzC ．2⨯1015 HzD ．8⨯1015 Hz 【答案】：B【解析】：根据爱因斯坦光电效应方程：0W h E k -=υ,当0=k E 时对应入射光的频率即为发生光电效应的最小单色光频率，即hW 0=υ，当用波长为300nm 的光照射锌板时，表表面的最大出动能为1.28⨯10-19 J 。

结合爱因斯坦光电效应方程0W h E k -=υ，λυc =代入相关参数得0W =5.3×10-20 ,从而求得：14108⨯=υ。

4.（2016·全国2）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。

下列说法正确的是( )A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生【解析】： 产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A 正确。

饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B 错误。

光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C 正确。

减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D 错误。

【答案】： AC5.（2016·全国卷1）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。

下列说法正确的是( )A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强度变大，饱和光电流变大B ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大C ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关 【答案】：ABD【解析】：在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A 正确；根据E km ＝hν－W 可知，对于同一光电管，逸出功W 不变，当频率变高，最大初动能E km 变大，因此B 正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此C 错误；由E km ＝eU c 和E km ＝hν－W ，得hν－W ＝eU c ，遏止电压只与入射光频率有关，与入射光强无关，因此D 正确。

6.(2015天津 )现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。

下列说法正确的是__________。

（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分）A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关 【答案】；ACE【解析】：由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流，因此D 错误；在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A 正确，B 错误，根据km E h W γ=-可知，对于同一光电管，逸出功W 不变，当频率变高，最大初动能km E 变大，因此C 正确，由km c E eU =和km E h W γ=-，得c h W eU γ-=，遏制电压只与入射光频率有关，与入射光强无关，因此E 正确。

7.（2017·全国卷3）在光电效应实验中，分别用频率为νa 、νb 的单色光a 、b 照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b。

h为普朗克常量。

下列说法正确的是() A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b【解析】：光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝E k，根据光电效应方程可知E k＝hν－W0，若νa＞νb，则E k a＞E k b，U a＞U b，选项A错误，选项B正确；若U a＜U b，则E k a＜E k b，选项C正确；由光电效应方程可得W0＝hν－E k，则hνa－E k a＝hνb－E k b，选项D错误。

【答案】：BC8.(2015新课标1)在某次光电效应实验中，得到的遏制电压U c与入射光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为，所用材料的逸出功可表示为。

【答案】ek 、-eb【解析】根据动能定理有:m e v e2 = eU c , 和爱因斯坦光电效应方程：m e v e2 = hν- W0可得：遏制电压U c = ν- ,结合U C-ν图，斜率即k = , 截距为b = , 可得：普朗克常量h = ek ,所用材料的逸出功W0 = -eb .9.（2014·广东）在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大【答案】AD【解析】：增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A 正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B 错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C 错误；光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D 正确．10.（2014·江苏）已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz 和5.44×1014Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的________． A ．波长 B ．频率 C ．能量 D ．动量 【答案】：A【解析】：两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W ＝hν0可知截止频率大的，逸出功也大．由E k ＝hν－W 可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p ＝2mE k 知，其动量也较小，根据物质波p ＝hλ知，其波长较长．题型二、氢原子能级跃迁模型*11.（2019全国1）氢原子能级示意图如图所示。

光子能量在1.63 eV~3.10 eV 的光为可见光。

要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（ ） A ．12.09 eV B ．10.20 eV C ．1.89 eV D ．1.5l eV【答案】：A【解析】：氢原子要想发出可见光必须被激发到n=3的能级，故eV E E E 09.1213=-=∆，故A 选项正确。

12.（2018天津）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n >2的能级跃迁到n =2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定（ ） A.对应的前后能级之差最小B. 同一介质对的折射率最大C. 同一介质中的传播速度最大D. 用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能【答案】A 【解析】：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生光电效应．波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知对应的前后能级之差最小，A 正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC 错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D 错误．13.（2015海南）氢原子基态的能量为113.6E eV =-。

大量氢原子处于某一激发态。

由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.961E ，频率最小的光子的能量为 eV （保留2位有效数字），这些光子可具有 种不同的频率。

【答案】10ev ，10【解析】：频率最小的光子是从2n =跃迁，即频率最小的光子的能量为()min 3.413.610E eV eV eV =---≈ 频率最大的光子能量为-0.961E ，即()()13.60.9613.6n E eV eV --=-⨯-，解得0.54n E eV =-即5n =，从5n =能级开始，共有51→，54→，53→，52→，41→，42→，43→，31→，32→，21→，10种不同频率的光子14.（2014·浙江卷）玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示，当氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝2的能级时，辐射出频率为________Hz 的光子．用该频率的光照射逸出功为2.25 eV 的钾表面，产生的光电子的最大初动能为________eV. (电子电荷量e ＝1.60×10－19C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s)【答案】 6.2×1014Hz 0.3 eV【解析】：本题考查能级、光电效应方程等知识．由跃迁条件可知hν＝E 4－E 2＝(3.40－0.85 )eV ＝4.08×10－19 J ，解得辐射出的光子的频率为6.2×1014Hz ，根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W ，计算可得产生电子的最大初动能为0.3 eV .15.（2014·山东卷）氢原子能级如图所示，当氢原子从n ＝3跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是________．(双选，填正确答案标号)a ．氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmb ．用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n ＝1跃迁到n ＝2的能级c ．一群处于n ＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线d ．用波长为633 nm 的光照射，不能使氢原子从n ＝2跃迁到n ＝3的能级 【答案】cd【解析】由氢原子能级图可知氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级的能级差大于从n ＝3跃迁到n ＝2的能级的能级差，根据|E n －E m |＝hν和ν＝c λ可知，|E n －E m |＝h cλ，选项a 错误；同理从n ＝1跃迁到n ＝2的能级需要的光子能量大约为从n ＝3跃迁到n ＝2的能级差的五倍左右，对应光子波长应为从n ＝3跃迁到n ＝2的能级辐射光波长的五分之一左右，选项b 错误；氢原子从n ＝3跃迁到n ＝1的能级的能级差最多有三种情况，即对应最多有三种频率的光谱线，选项c 正确；氢原子在不同能级间跃迁必须满足|E n －E m |＝h cλ，选项d 正确．题型三、原子核的衰变规律及核反应方程16.（2019天津）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。